Field-oriented control of induction machines requires precise knowledge of the rotor flux linkage angle. It is difficult to directly measure it, most often it is estimated using the induction machine model equations. However, this assumes good knowledge of the machine parameters, including resistances and inductances, which will vary during operation. Errors in the machine parameters cause errors in the field orientation, which ultimately lead to errors in the currents and produced torque.

This thesis investigates and evaluates different flux estimation methods for speed-sensored control of induction machines over a wide speed range. The work includes a literature study of existing methods, from which three methods are developed and evaluated. First, the basic current model, which estimates the rotor flux linkage by simulating the rotor circuit, is modified by embedding it in a phase-locked loop with an estimate of the back-EMF to improve the performance at high speeds. Second, the basic voltage model, which estimates the rotor flux linkage by simulating the stator circuit, is implemented with a modified integration algorithm to solve issues associated with open-loop integration. Third, a closed-loop full-order observer is implemented. The possibility of real-time resistance estimation with the full-order observer is also explored.

To evaluate each method, a model of an induction machine drive is constructed in Simulink. This includes a discrete-time controller, a voltage source converter with switching dead times, and an induction machine plant with non-linear inductances. Each flux estimation method is implemented in the controller and the field orientation error, torque error, and flux magnitude error are quantified for varying parameter errors and voltage errors. The results show that different methods are robust to different parameters, and general recommendations are given for suitable methods depending on the application requirements.

Vektorstyrning av asynkronmaskiner kräver exakt kunskap om rotorflödesvinkeln. Det är svårt att direkt mäta den på ett tillförlitligt sätt, därför uppskattas den oftast genom induktionsmaskinmodellens ekvationer. Detta förutsätter dock god kunskap om maskinparametrarna, inklusive resistanser och induktanser, vilka varierar under drift. Fel i maskinparametrarna orsakar fel i fältorienteringen, vilket i slutändan leder till fel i strömmar och vridmoment.

Examensarbetet undersöker och utvärderar olika metoder för flödesuppskattning för styrning av induktionsmaskiner över ett stort varvtalssområde. I arbetet ingår en litteraturstudie av befintliga metoder och utifrån det utvecklas tre metoder. Först modifieras den grundläggande strömmodellen som bygger på en uppskattning av rotorflödet genom att simulera rotorkretsen. Det sker genom att kombinera strömmodellen med en uppskattning av ”back-”EMF i syfte att förbättra prestandan vid höga hastigheter. För det andra implementeras den grundläggande spänningsmodellen som uppskattar rotorflödet genom att simulera statorkretsen. Spänningsmodellen modifieras med en integrationsalgoritm för att lösa problem som är förknippade med ”open-loop ”integrering. För det tredje implementeras en ”full-order ”observer med återkoppling. Även möjligheten att uppskatta resistansen i realtid med en ”full-order ”observer undersöks.

För att utvärdera varje metod konstrueras en modell i Simulink av ett asynkronmotordrivsystem. Modellen inkluderar en tidsdiskret regulator, en växelriktare med dödtid och en modell av asynkronmaskinen med olinjära induktanser. Varje flödesuppskattningsmetod har implementerats i regulatorn och fel i fältorientering, vridmoment och flödesstorlek kvantifieras för varierande parameterfel och fel i motorspänning. Resultaten visar att olika metoder är robusta mot olika parametrar och generella rekommendationer ges för lämpliga metoder beroende på krav givna av tillämpningen.